Вселенная, оказывается, не просто расширяется — она ещё и танцует, причём в масштабах, от которых у любого астронома закружится голова быстрее, чем у космонавта на центрифуге.
Когда мы думаем о вращении в космосе, воображение услужливо подсовывает картинки: планеты кружатся вокруг звёзд, звёзды — вокруг центров галактик, галактики медленно поворачиваются, словно гигантские космические блины на невидимой сковородке. Но чтобы вращалась структура длиной в пятьдесят миллионов световых лет? Это уже какое-то космическое безумие, которое ещё год назад показалось бы научной фантастикой самого бредового толка.
И тем не менее — вот оно, чёрным по белому в престижном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Международная команда астрофизиков под руководством Мадалины Тудораче из Кембриджа обнаружила космический филамент — нить из галактик и газа — который не просто висит в пространстве, а активно вращается вокруг собственной оси. Причём делает это с таким энтузиазмом, что заставляет пересмотреть наши представления о том, как вообще формируются крупнейшие структуры во Вселенной.
Но давайте по порядку. Потому что эта история — не просто об очередном астрономическом открытии. Это история о том, как Вселенная в очередной раз показала учёным средний палец и сказала: «Ваши компьютерные модели — это мило, но реальность куда изобретательнее».
Космическая паутина — скелет Вселенной, о котором вы не знали
Если бы вы могли отлететь от Земли на расстояние в несколько миллиардов световых лет и посмотреть на Вселенную со стороны (что, конечно, физически невозможно, но мысленные эксперименты никто не отменял), вы бы увидели не хаотичный разброс галактик, а удивительно упорядоченную структуру. Космическая паутина — так астрономы называют эту грандиозную архитектуру мироздания.
Представьте себе гигантскую губку размером с наблюдаемую Вселенную. Поры губки — это войды, пустоты диаметром в сотни миллионов световых лет, где практически нет никакой материи. А стенки губки — это филаменты и стены из галактик, тёмной материи и газа. В узлах, где филаменты пересекаются, располагаются скопления галактик — самые массивные гравитационно связанные объекты во Вселенной.
Эта структура — не случайность и не каприз природы. Она предсказана теоретически ещё в 1970-х годах советским физиком Яковом Зельдовичем и подтверждена бесчисленными наблюдениями и компьютерными симуляциями. Первичные флуктуации плотности в ранней Вселенной, усиленные гравитацией за миллиарды лет, породили эту космическую архитектуру. Тёмная материя сформировала «каркас», а обычная материя послушно последовала за ней.
Филаменты — это своего рода космические магистрали, по которым материя течёт к узлам-скоплениям. Галактики рождаются внутри филаментов и медленно мигрируют вдоль них, словно автомобили по шоссе. Всё это было известно и многократно подтверждено. Но вот чего никто не ожидал — так это того, что эти «шоссе» могут ещё и вращаться.
Как найти иголку в стоге сена размером с Вселенную
История открытия началась с обзора MIGHTEE-HI — амбициозного проекта по картографированию нейтрального водорода во Вселенной с помощью южноафриканского радиотелескопа MeerKAT. Нейтральный водород, или HI, — это сырьё для звездообразования. Там, где много холодного водородного газа, там активно рождаются новые звёзды. Отслеживая распределение HI, астрономы могут изучать, как галактики растут и эволюционируют.
При обработке данных из области неба под названием COSMOS (это не имеет отношения к телеканалу, просто популярное поле для глубоких астрономических обзоров) исследователи заметили нечто странное. Четырнадцать галактик, богатых водородом, выстроились практически в идеальную линию. Не приблизительно, не «с натяжкой можно сказать» — а реально в линию длиной 1,7 мегапарсека и шириной всего 36 килопарсек. Для сравнения: это как выстроить монетки в ряд длиной в полтора километра, причём толщина этого ряда будет всего три сантиметра.
Но самое интересное обнаружилось, когда учёные расширили поиск, привлекая данные оптических обзоров SDSS и DESI. Оказалось, что эти четырнадцать HI-галактик — лишь верхушка айсберга. Они встроены в куда более грандиозную структуру — филамент длиной 15,4 мегапарсека, то есть около 50 миллионов световых лет. Для наглядности: это примерно в 500 раз больше диаметра нашей галактики Млечный Путь.
Мало того, что структура огромна — она ещё и очевидно вращается. Галактики на одной стороне филамента систематически удаляются от нас, а на другой — приближаются. Классический признак вращения, знакомый любому астроному, изучающему динамику галактик. Только теперь этот признак проявился в масштабе, который раньше считался немыслимым.
Откуда берётся вращение в безвоздушном пространстве
Вопрос, который немедленно возникает у любого здравомыслящего человека: откуда, чёрт возьми, взялся угловой момент у структуры размером с половину расстояния до ближайшей крупной галактики? В космосе же нет трения, нет внешних сил, которые могли бы раскрутить что-то подобное!
Ответ кроется в так называемой теории приливного момента (Tidal Torque Theory), разработанной ещё в 1970-х годах. Суть её в следующем: когда в ранней Вселенной начинали формироваться первые структуры, они делали это не изолированно. Каждый сгусток материи испытывал гравитационное воздействие соседних сгустков. И поскольку эти сгустки были асимметричны, возникали приливные силы, создававшие крутящий момент.
Это похоже на то, как Луна вызывает приливы на Земле, только в космических масштабах и с долгосрочными последствиями. Асимметрия в распределении материи порождает асимметрию в гравитационных силах, а асимметричные силы создают вращение. Элементарная физика, но в приложении к объектам размером в десятки миллионов световых лет.
Согласно этой теории, филаменты должны приобретать угловой момент в процессе своего формирования. И этот момент должен передаваться галактикам, которые формируются внутри филамента. Теория предсказывала это десятилетиями, но прямых наблюдательных подтверждений до последнего времени практически не было.
В 2021 году команда под руководством Пэна Вана из Потсдамского астрофизического института впервые показала статистические свидетельства вращения филаментов, «сложив» вместе тысячи структур из обзора SDSS. Но то была статистика, усреднение. А здесь — конкретный, индивидуальный филамент, который вращается достаточно быстро, чтобы это можно было измерить напрямую.
Когда галактики маршируют строем
Но вращение филамента — это только половина сенсации. Вторая половина касается того, как ведут себя галактики внутри этой структуры.
Каждая галактика имеет свою ось вращения — направление, вокруг которого она крутится. Теория предсказывает, что галактики малой массы, формирующиеся внутри филаментов, должны иметь оси вращения, более-менее параллельные самому филаменту. Это логично: газ течёт вдоль филамента, закручиваясь определённым образом, и галактики «наследуют» это вращение.
Компьютерные симуляции действительно показывают такой эффект, но очень слабый. В знаменитой симуляции SIMBA, например, параметр выравнивания |cos ψ| для маломассивных галактик составляет примерно 0,49–0,51. Это означает почти случайное распределение — галактики лишь слегка, на уровне статистического шума, предпочитают выстраиваться вдоль филамента.
А что показывают наблюдения нового филамента? Готовьтесь: |cos ψ| = 0,64 ± 0,05 для HI-галактик и 0,55 ± 0,04 для оптически выбранных галактик. Это не статистический шум — это статистически значимое, сильное выравнивание. Галактики в этом филаменте буквально «маршируют строем», ориентируя свои оси вращения параллельно структуре, в которой они находятся.
Почему это важно? Потому что такое сильное выравнивание означает, что связь между крупномасштабной структурой и индивидуальными галактиками куда теснее, чем считалось ранее. Филамент не просто «контейнер» для галактик — он активно влияет на их свойства, передаёт им угловой момент, определяет их ориентацию в пространстве.
Компьютеры врут, или почему симуляции не справились
Здесь мы подходим к самому провокационному аспекту открытия. Современные космологические симуляции — это чудо вычислительной техники. Они моделируют эволюцию миллиардов частиц на протяжении миллиардов лет, воспроизводя формирование галактик, скоплений, всей космической паутины. Учёные гордятся тем, что симуляции вроде IllustrisTNG, EAGLE или SIMBA воспроизводят наблюдаемую Вселенную с поразительной точностью.
И вот выясняется, что в одном конкретном, но важном аспекте симуляции радикально недооценивают реальность. Выравнивание галактик в филаментах в реальной Вселенной значительно сильнее, чем в любой симуляции. Это не мелкое расхождение — это фактор почти в 30% разницы в ключевом параметре.
Что это означает? Либо в симуляциях не хватает какого-то физического процесса, усиливающего передачу углового момента. Либо начальные условия симуляций неточны. Либо — и это самый интригующий вариант — обнаруженный филамент представляет собой редкую, «молодую» структуру на ранней стадии эволюции, где отпечаток первичных космических потоков ещё не успел размыться.
Авторы исследования склоняются к последнему объяснению. Филамент имеет низкую динамическую температуру — отношение случайных движений галактик к упорядоченному вращению. Это признак того, что структура ещё не «перемешалась», не прошла через множество гравитационных взаимодействий, стирающих первичную упорядоченность.
Что это значит для нас — и для будущего космологии
Можно, конечно, пожать плечами и сказать: ну крутится что-то там в космосе, нам-то что? Мы тут, на Земле, со своими проблемами, а какой-то филамент за 130 миллионов световых лет — это абстракция уровня «интересно, но неприменимо».
Однако это открытие имеет вполне практические последствия — как минимум для астрономии. Если галактики в филаментах сильно выровнены, это создаёт систематическую ошибку в измерениях гравитационного линзирования. Когда свет от далёких галактик проходит мимо массивных структур, он искажается, и по этим искажениям мы судим о распределении тёмной материи и параметрах космологической модели.
Но если фоновые галактики не случайно ориентированы, а систематически выровнены, это создаёт ложный сигнал, похожий на линзирование. Для грядущих сверхточных обзоров вроде Euclid и Vera Rubin Observatory это может стать серьёзной головной болью. Систематика, о которой раньше не задумывались, может оказаться куда значительнее, чем предполагалось.
С философской же точки зрения, открытие напоминает нам о фундаментальной истине: Вселенная сложнее наших моделей. Всегда была и, вероятно, всегда будет. Каждый раз, когда мы думаем, что наконец-то всё поняли, реальность подбрасывает сюрприз. И это, пожалуй, самое прекрасное в науке — она никогда не заканчивается.
Космос крутится. Галактики танцуют. А мы, маленькие существа на маленькой планете у заурядной звезды, каким-то чудом способны это увидеть и понять. Разве это не удивительно?
Открытие вращающегося филамента — это не просто ещё одна строчка в бесконечном списке астрономических достижений. Это напоминание о том, что крупнейшие структуры во Вселенной — не статичные декорации, а динамические, эволюционирующие системы с собственной «памятью» о моменте своего рождения. Угловой момент, заложенный в первые мгновения после Большого взрыва, сохраняется и проявляется спустя тринадцать миллиардов лет в танце галактик вокруг невидимой оси. Это открытие заставляет пересмотреть симуляции, уточнить теории и — что важнее всего — напоминает нам о смирении перед бесконечной сложностью космоса. Вселенная продолжает удивлять, и это, пожалуй, лучшая новость из всех возможных.